JP3141020B2

JP3141020B2 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置

Info

Publication number: JP3141020B2
Application number: JP11204423A
Authority: JP
Inventors: 隆夫藤津
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2019-07-19
Also published as: JP2000036551A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、とくに薄型半導体装置に用いられる柔構造
パッケージの構造及びこの方法により製造された半導体
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置のパッケージ構造は、従来、
（１）アルミナなどのセラミック容器に半導体集積回路
が形成されている半導体基板（以下、半導体チップとい
う）を密封するセラミックパッケージ、（２）モールド
樹脂封止パッケージ、（３）基板上に形成された半導体
チップとこれにつながるリードに液状樹脂を滴下して形
成されるボッティング樹脂封止プラスチックパッケージ
等がある。このうち、半導体チップをフィルム上に搭載
してからまたは半導体チップ上の電極と直接リードフレ
ームを接続した後、プラスッチク樹脂を高温、高圧で圧
入し、封止するモールド成形樹脂封止が広く使われてい
る。モールド樹脂の有する性質から、現在１ｍｍ程度の
厚さのＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package) が多く
利用されている。このほかにＴＡＢ方式によるパッケー
ジ（TCP:Tape Carrier Package) が知られている。

【０００３】図１５は、従来のＴＡＢ方式に用いるフィ
ルムキャリア１の平面図であり、これを本発明のパッケ
ージに用いることができる。このフィルムキャリア１の
基材となる樹脂フィルム１６は、可撓性を有するポリイ
ミド樹脂やポリエステルなどのプラスチックからなる絶
縁材料から形成されている。このフィルム１６は、帯状
部材であり、その両側縁には長手方向にフィルムを移動
する送り孔２を所定の間隔で形成している。長軸方向中
央部には半導体チップ１０を載置するチップ載置用開口
部１７が形成されている。この開口部１７の各辺に対向
するように所定の間隔をおいて細長い台形の開口部４が
チップ搭載用開口部を囲むように形成されている。リー
ド１４は、この中心部の開口部１７とその周辺部の開口
部４の間の領域に形成されている。リード１４は、通
常、Ｃｕなどの金属箔をフィルム全面に張付け、フォト
エッチングにより金属箔をパターニングして形成され
る。セラミックパッケージ内のリードに比較して配線幅
や間隔を十分小さく、かつ、高精度に設定することがで
きる。リード１４は、半導体チップ１０と接続されるイ
ンナーリード部分と周辺部の開口部４に支持されるアウ
ターリード部分５からなる。リード１４のインナーリー
ドは半導体チップ１０上に整列して複数形成されたパッ
ドやその上に形成したバンプなどからなる電極１２に接
続される。

【０００４】樹脂フィルム１６上のリード１４は、電極
１２が半導体チップ１０の主面の各辺に沿って規則的に
配置されているので、通常は、各辺につながるリード群
がそれぞれ同一のパターンを有する様に配置されてい
る。この図は、半導体チップ１０から４方向へリード１
４が導出した例を示しているが、方向が相反する２方向
へリードが導出するタイプのものもある。半導体チップ
１０をフィルムキャリア１に搭載し、リード１４を電極
１２に取付けた後は、フィルムキャリア１の所定の領域
と共に半導体チップ１０は、モールド樹脂によりパッケ
ージングされる。モールド樹脂６を施されたフィルムキ
ャリア１は、モールド樹脂部分と露出しているリード１
４の一部を残して、アウターリード部分やその付近の樹
脂フィルムを切断除去する。図１８は、図１５のＣ−
Ｃ′部分の断面図であり、半導体チップ１０とキャリア
フィルムの周辺領域とを樹脂モールド６によりパッケー
ジングされている。すなわち、キャリアフィルムに搭載
した半導体チップ周囲をエポキシ樹脂やシリコーンなど
の液体プラスチック樹脂を滴下することによって被覆し
保護するボッティング技術やＴＣＰをモールド樹脂成形
技術などの実施によって半導体チップを機械的な応力や
様々な環境的条件から保護し、半導体装置の信頼性を確
保している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現在、半導体装置に組
み込まれる半導体チップは大型化、多ピン化しており、
パッケージが薄型になるにしたがって、薄く面積の大き
な半導体装置が作られるようになっている。そのため硬
構造パッケージでは半導体装置が薄型化するにつれて、
わずかな変形に対しても極めて脆く、外力を逃がすこと
ができずに、破壊されてしまう。その結果、近年のＩＣ
カードのように、外力による歪みを受けやすい製品に実
装する場合には硬化樹脂による硬構造の薄型パッケージ
では、ケースに強度を持たせ、ケースも硬構造としなけ
ればならないなど強度的にも問題があった。さらに、今
日の半導体装置のパッケージでは、以下に述べるような
問題点がある。（１）セラミックパッケージの場合はパ
ッケージコストが高く、また機械的強度やセラミック焼
結体の製造方法からくる制限で小型化や薄型化が困難で
ある。例えばセラミック薄板は厚さ約１ｍｍ以下の半導
体装置を作ることが難しい。（２）モールド樹脂プラス
チックパッケージの場合は、約１ｍｍ以下の厚さのもの
ではモールド成形制御が困難であり、約０．５〜０．８
ｍｍ厚程度の成形が限界である。またエボキシ樹脂だけ
では水分の透過を防ぐことはできないので、外部からの
湿気が侵入する可能性が高い。また、（３）ポッティン
グ成形によるプラスチックパッケージの場合は、樹脂の
滴下によって成形するため厚さのコントロールが困難で
ある。さらに、１ｍｍ厚以下の薄膜コートは樹脂の粘度
を調整する必要があり、使用する樹脂は制限される。こ
のため、薄型化による水分の透過を防ぐことができなく
なるという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ため、本発明は、微細接続技術を用いてリードと接続し
た半導体チップをフィルムにより密封することを特徴と
する。

【０００７】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
は、一端が第１の主面及び第２の主面を有する半導体基
板のその第１の主面上に形成された複数の電極上まで延
びているリードをこの電極に接続し、このリードの他端
を前記半導体基板の外方に導出させる工程と、前記第２
の主面及び前記リードの一部に第２のフィルムを密着さ
せる工程と、前記半導体基板の第１の主面に第１のフィ
ルムを載せる工程と、前記半導体基板を、上部室と下部
室とに弾性膜によって仕切られている真空装置内の前記
下部室内に置かれた加熱装置に前記第２のフィルムが前
記加熱装置に接するように、配置する工程と、前記加熱
装置を動作させている間、前記下部室内を排気すること
によって、この下部室を真空又は減圧状態にし、前記弾
性膜を下方に押し下げ、この弾性膜の作用によって前記
第１のフィルムを前記第１の主面に密着させる工程とを
備えていることを特徴としている。

【０００８】本発明の半導体装置は、第１の主面及び第
２の主面を有する第１の半導体基板と、第１の主面及び
第２の主面を有する第２の半導体基板と、前記第１の半
導体基板の第１の主面上に形成されている複数の電極
と、前記第２の半導体基板の第１の主面上に形成されて
いる複数の電極と、一端が前記第１の半導体基板の第１
の主面に形成された前記複数の電極の内の所定の電極上
まで延びてこの所定の電極と接続し他端が前記第１の半
導体基板の外方に導出している第１のリードと、一端が
前記第２の半導体基板の第１の主面に形成された前記複
数の電極の内の所定の電極上まで延びてこの所定の電極
と接続し、他端が前記第２の半導体基板の外方に導出し
ている第２のリードと、一端が前記第１の半導体基板の
第１の主面に形成された前記複数の電極の内の所定の電
極以外の電極と接続し、他端が前記第２の半導体基板の
第１の主面に形成された前記複数の電極の内の所定の電
極以外の電極と接続する内部リードと、前記第１の半導
体基板の第１の主面及び前記第２の半導体基板の第１の
主面に密着している第１のフィルムと、前記第１の半導
体基板の第２の主面及び前記第２の半導体基板の第２の
主面に密着している第２のフィルムとを備え、前記第１
のフィルム及び第２のフィルムは、前記第１のリード及
び第２のリードの前記他端以外及び前記第１の半導体基
板及び第２の半導体基板を上下から挟んでこれら半導体
基板を密封してなることを第１の特徴としている。

【０００９】また、本発明の半導体装置は、第１の主面
及び第２の主面を有する第１の半導体基板と、第３の主
面及び第４の主面を有する第２の半導体基板と、前記第
１の半導体基板の第１の主面上に形成された第１及び第
２の電極と、前記第２の半導体基板の第３の主面上に形
成された第３及び第４の電極と、一端が前記第１の電極
と接触している第１のリードと、一端が前記第４の電極
と接触している第２のリードと、一端が前記第２の電極
と接触し、他端が前記第３の電極と接触している第３の
リードと、前記第１の半導体基板の第１の主面及び前記
第２の半導体基板の第３の主面に密着している第１のフ
ィルムと、前記第１の半導体基板の第２の主面及び前記
第２の半導体基板の第４の主面に密着している第２のフ
ィルムとを備え、前記第１のフィルム及び第２のフィル
ムは、前記第１及び第２のリードの他端以外及び前記第
１及び第２の半導体基板を上下から挟んでこれらの半導
体基板を密着してなることを第２の特徴としている。

【００１０】フィルムを大気圧よりも減圧した状態で半
導体チップの上下から挟み込むように包み、上下のフィ
ルムの端部を接着することにより、フィルムを通しての
水分やその端部からの水分の侵入を十分防止する柔構造
の薄型のパッケージを提供することができる。フィルム
に防湿層を取付けた場合は前述の水分の侵入を更に効果
的に防止することができる。防湿層が金属などの場合に
は、半導体チップを電磁的にシールドすることができの
で耐雑音性が向上し、防湿層が熱伝導性が場合は、その
熱放散性が向上する。また、上下のフィルム間には大気
圧より減圧した状態にあるので、その空間部分を必要最
小限にすることができる。したがって、半導体装置を回
路基板に実装する際の熱処理によって生ずる空間内の空
気の膨脹を最小限に止めることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。まず、図１及び図２を参照して第１
の実施例を説明する。図１は、第１の実施例の断面図
（図２のＡ−Ａ′部分）、図２は、その平面図である。
図において、半導体チップ１０の第１の主面上には、そ
の周辺に沿って電力供給用もしくは入出力信号用の複数
の電極１２が並べられている。この電極は、パッド電極
でも良いしバンプ電極でも良い。図示はしないが半導体
チップ１０は、これら電極以外は保護絶縁膜で被覆され
ている。電極は、リード１４と接続するためにこの保護
絶縁膜から露出している。半導体チップ１０上の例えば
パッド電極などの電極１２と外部引出しのリード１４と
は従来から知られているＴＡＢ（Tape Automated Bondi
ng) もしくはメッキ接続ＭＰＢ（Micre Plating Bondin
g)などの微細接続技術で接続する。ＴＡＢ法では、図１
５に示すような整列された複数のリード１４とそのチッ
プ搭載用開口部１７に半導体チップ１０が搭載され樹脂
フィルム１６を有するフィルムキャリア１を用いる。こ
の半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置を用い
て製造される。

【００１２】ここに取付けられたリード１４は、半導体
チップ１０の電極１２にボンディグされた後その他端に
形成されたアウターリード部分５をその部分の樹脂フィ
ルムとともに切り取ってプリント板のような回路基板に
取付けが容易なように整形する。リード１４の、回路基
板に取付けるように整形され、半導体チップ１０から突
出している外部端を除いて、半導体チップ１０、リード
１４及びリード１４を支持する樹脂フィルム１６は、第
１のフィルム１８と第２のフィルム２０によって挟まれ
る。両者は、真空中もしくは大気圧より減圧の状態で前
記樹脂フィルムと共に熱的に融着し、フィルム１８、２
０の間に挟まれている半導体チップなどを密封する。フ
ィルム１８、２０には、柔軟性があり、耐湿性及び熱伝
導性の高い、例えば、ポリイミドやエポキシのような絶
縁材料が使用される。第１のフィルム１８は、半導体チ
ップ１０の第１の主面とその上のリード１４に密着して
おり、第２のフィルム２０は、半導体チップ１０の第２
の主面、リード１４及び樹脂フィルム１６と密着してい
る。

【００１３】半導体チップ１０は、真空もしくは減圧状
態で密封されているので、無駄な空間はなく非常に薄い
半導体装置を得ることができる。半導体チップ１０の厚
さは約０．２５ｍｍ、電極１２の高さは約０．０７ｍ
ｍ、リード１４の厚さは約０．０３ｍｍ、樹脂フィルム
１６の厚さは約０．０６ｍｍそして第１及び第２のフィ
ルム１８、２０の厚さはそれぞれ約０．０２５ｍｍであ
るので、この半導体装置全体の厚さは約０．４７ｍｍと
なり従来の１ｍｍ程度の厚さの半導体装置より薄型化が
進む。図１に示す半導体チップ１０のフィルム１８、２
０から導出するリード１４の外部端は、整形され回路基
板に実装され易いようになっている。この実装時におい
て、半導体チップ１０は熱の影響を受けるが、絶縁フイ
ルム１８、２０間は、大気圧より減圧状態にして有るの
で、このフィルムは半導体チップ１０などに密着してい
る。したがって、フィルムの間には、必要最小限のほん
の僅かの空間しか有していない。そこで、前記実装時に
おいて、半導体チップ１０は熱にさらされても熱膨張を
起こす空間はごく少ないので熱の影響は無視できる。

【００１４】次に、図３を参照して第２の実施例を説明
する。図３は、この実施例の半導体装置の断面図であ
り、半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置を用
いて製造される。この実施例では、半導体チップ１０の
第１の主面に密着する第１のフィルム１８は、厚さ０．
０１５ｍｍの防湿性の無機フィルム層２２と厚さ０．０
２５ｍｍの接着性の有機フィルム層２４から構成されて
いる。また、第２の主面等に密着する第２のフィルム２
０は、厚さ０．０１５ｍｍの防湿性の無機フィルム層２
６と厚さ０．０２５ｍｍの接着性の有機フィルム層２８
から構成されている。有機フィルム２４、２８は、例え
ば、エポキシ樹脂からなり、無機フィルム層２２、２６
は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅもしくはこれらの混合物からなる
金属箔やアルミナ、シリカ、ベリリヤ、窒化アルミなど
のセラミックからなる。無機フィルム層２４、２６は、
防湿性や熱伝導性に優れているので、半導体装置の湿気
に対する抵抗や熱放散性が向上する。さらに、前記無機
フィルム層にＡｌなどの金属を用いた場合、これをアー
スする事により、半導体装置がシールドされ、外部から
の雑音の侵入、内部からの雑音の放出を防ぎ、クロスト
ークノイズなどからの対雑音性能が著しく向上する。そ
して半導体チップをプリント基板に接着剤で取付けたと
きに、この半導体装置から発生した熱は、容易に無機フ
ィルム層２６と接着剤を介してプリント基板に放散され
る。

【００１５】次に、図４を参照して第３の実施例を説明
する。図４は、この実施例の半導体装置の断面図であ
り、半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置を用
いて製造される。ここでは、第１及び第２のフィルムの
露出面が絶縁保護膜によって保護されていることに特徴
がある。第１のフィルム１８は、エポキシ樹脂などの接
着性の有機フィルム層２４とＡｌなどの防湿性の無機フ
ィルム層２２からなり無機フィルム層２２がエポキシ樹
脂などの厚さ約０．０１ｍｍの絶縁保護膜３０と密着し
て保護されている。第２のフィルム２０は、エポキシ樹
脂などの接着性の有機フィルム層２８とＡｌなどの防湿
性の無機フィルム層２６からなり、無機フィルム層２６
がエポキシ樹脂などの厚さ約０．０１ｍｍの絶縁保護膜
３２と密着して保護されている。熱伝導性の高いフィル
ム１８、２０の無機フィルム層の酸化が防止される。

【００１６】次に、図５及び図６を参照して第４の実施
例を説明する。図５は、この実施例の図６に示すＢ−
Ｂ′部分の断面図であり、図６は、この実施例の半導体
装置の平面図であるが、内部の半導体チップ１０の状態
を明らかにするために第１のフィルム１８は省略してあ
る。この半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置
を用いて製造される。図に示すようにこの半導体装置
は、１対の半導体チップ１０からなり、第１及び第２の
フィルムの構造は、第３の実施例と同じである。第１の
フィルム１８は、エポキシ樹脂などの接着性の有機フィ
ルム層２４とＡｌなどの防湿性の無機フィルム層２２か
らなり無機フィルム層２２がエポキシ樹脂などの厚さ約
０．０１ｍｍの絶縁保護膜３０と密着して保護されてい
る。第２のフィルム２０は、エポキシ樹脂などの接着性
の有機フィルム層２８とＡｌなどの防湿性の無機フィル
ム層２６からなり、無機フィルム層２６がエポキシ樹脂
などの厚さ約０．０１ｍｍの絶縁保護膜３２と密着して
保護されている。この半導体装置を形成するにあたり、
１つの半導体チップ１０にリード１４を取付けるには、
チップ搭載用開口部１７を２つ有するフィルムキャリア
を使用することが可能である。半導体チップ１０内の集
積回路間を接続するためには、各半導体チップ上に形成
された金バンプ電極などの電極１２間を内部リード３４
で接続する。内部リード３４は、樹脂フィルム１６によ
って支持されている。各半導体チップ１０上に形成され
ている電極１２の数は、図では、１２個であるが、これ
は１例であって、その数に制限はなく、必要に応じて決
定される。この実施例では半導体装置の小形化が向上す
る。

【００１７】次に、図７を参照して第５の実施例を説明
する。図は、この実施例の半導体装置の断面図であり、
この半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置を用
いて製造される。この実施例では、放熱板に特徴があ
る。半導体チップ１０の第１の主面に密着する第１のフ
ィルム１８は、厚さ０．０１５ｍｍの防湿性の無機フィ
ルム層２２と厚さ０．０４０ｍｍの接着性の有機フィル
ム層２４から構成されている。また第２の主面等に密着
する第２のフィルム２０は、厚さ０．０１５ｍｍの防湿
性の無機フィルム層２６と厚さ０．０４０ｍｍの接着性
の有機フィルム層２８から構成されている。無機フィル
ム２２の上にはＡｌやＣｕなどの複数の放熱フィン３６
が取付けられて半導体装置の放熱特性を向上させてい
る。

【００１８】次に、図８を参照して第６の実施例を説明
する。図は、この実施例の半導体装置の断面図であり、
この半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置を用
いて製造される。フィルムは、第３の実施例と同じ構成
である。第１のフィルム１８は、エポキシ樹脂などの接
着性の有機フィルム層２４とＡｌなどの防湿性の無機フ
ィルム層２２からなり無機フィルム層２２がエポキシ樹
脂などの厚さ約０．０１ｍｍの絶縁保護膜３０と密着し
て保護されている。第２のフィルム２０は、エポキシ樹
脂などの接着性の有機フィルム層２８とＡｌなどの防湿
性の無機フィルム層２６からなり、無機フィルム層２６
がエポキシ樹脂などの厚さ約０．０１ｍｍの絶縁保護膜
３２と密着して保護されている。この実施例では、リー
ドを支持する樹脂フィルム１６に１つもしくは複数のス
リット３８を形成している。スリット３８は折り曲げを
容易にするために設けられている。半導体装置全体に一
様の力が上面または下面から加わったとき、半導体チッ
プ１０に直接機械的な力が加わらないのでこの半導体チ
ップの破損を防ぐことができる。スリット３８の代わり
にスリットと同じ様な形状の溝を用いることもできる。

【００１９】次に、図９を参照して第７の実施例を説明
する。図は、この実施例の半導体装置の断面図であり、
この半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置を用
いて製造される。ＴＡＢ方式に用いるフィルムキャリア
は、今までの実施例のような２層フィルムキャリアの他
にリードを支持する樹脂フィルムを用いない１層フィル
ムキャリアやリードと樹脂フィルムとを接着剤で接続す
る３層フィルムキャリアが知られており、本発明は、こ
れらのフィルムキャリアにも適用することができる。こ
の実施例では１層フィルムキャリアを用いる。複数のリ
ード１４の半導体チップ１０から離れた外部端を接着テ
ープ（図示せず）で接続してリード１４を整列させる。
そして１対のフィルム１８、２０で半導体チップ１０な
どを挟んで密封してから接着テープを取り外す。リード
１４の機械的強度を維持するためにこの厚さは約０．０
８ｍｍ程度以上にすることが好ましい。フィルム１８、
２０は第３の実施例と同じ構成である。

【００２０】次に、図１０を参照して第８の実施例を説
明する。図は、この実施例の半導体装置の断面図であ
り、半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置を用
いて製造される。フィルムキャリアは、第７の実施例と
同じ１層フィルムキャリアを用いる。第１のフィルム１
８は、エポキシ樹脂などの接着性の有機フィルム層２４
とＡｌなどの防湿性の無機フィルム層２２からなり無機
フィルム層２２がエポキシ樹脂などの厚さ約０．０１ｍ
ｍの絶縁保護膜３０と密着して保護されている。第２の
フィルム２０は、エポキシ樹脂などの接着性の有機フィ
ルム層２８とＡｌなどの防湿性の無機フィルム層２６か
らなり、無機フィルム層２６がエポキシ樹脂などの厚さ
約０．０１ｍｍの絶縁保護膜３２と密着して保護されて
いる。しかし、この実施例のフィルム１８、２０の有機
フィルム層２４、２８の半導体チップ１０の第１の主面
及び第２の主面と接する部分は除去されている。したが
って、フィルムを構成するＡｌ箔のような無機フィルム
層２２、２６は直接前記主面に密着している。この実施
例では、その結果半導体チップからの熱放散がさらに効
率的になる。

【００２１】次に、図１１を参照して第９の実施例を説
明する。図は、この実施例の半導体装置の断面図であ
り、半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置を用
いて製造される。第１のフィルム１８は、エポキシ樹脂
などの接着性の有機フィルム層２４とＡｌなどの防湿性
の無機フィルム層２２からなり無機フィルム層２２がエ
ポキシ樹脂などの厚さ約０．０１ｍｍの絶縁保護膜３０
と密着して保護されている。第２のフィルム２０は、エ
ポキシ樹脂などの接着性の有機フィルム層２８とＡｌな
どの防湿性の無機フィルム層２６からなり、無機フィル
ム層２６がエポキシ樹脂などの厚さ約０．０１ｍｍの絶
縁保護膜３２と密着して保護されている。半導体チップ
１０の上下に形成されている無機フィルム層２２、２６
がＡｌ箔などの金属で構成される場合、この無機フィル
ム層を複数のリード１４の内のグランドレベルのリード
と接続することにより、無機フィルム層にシールド効果
をもたせることができる。またリード１４は無機フィル
ム層に挟まれた構造になっているので、ストリップ線路
と見なすことができる。第１及び第２のフィルムの厚
さ、リードの幅や厚さを調整することにより、特性イン
ピーダンスを制御することができる。従って、本発明に
係るパッケージにおいてはリードを伝導線路として扱う
ことができるようになり、反射ノイズ、クロストークノ
イズを減少させることが可能となり、高周波で動作する
高速な半導体装置に対応することができる。

【００２２】まず貫通孔４０をグランドレベルのリード
１４を介して絶縁フィルム１８、２０及び絶縁保護膜３
０、３２を貫通するようにそのエッジ付近４１に形成す
る。ついで貫通孔４２をグランドレベルのリード１４を
介してフィルム１８、２０、樹脂フィルム１６及び絶縁
保護膜３０、３２を貫通するように形成する。貫通孔４
２は、貫通孔４０より内側の半導体チップ１０よりに形
成される。無機フィルム層２２、２６をグランドレベル
リード１４と接続する方法は、フィルム１８、２０を半
導体チップ１０に接着した後に、グランドレベルリード
１４を貫通するように貫通孔４０を形成し、例えば、プ
リント基板製造において通常用いられているスルーホー
ルメッキにより貫通孔の内壁に金属層を形成し、グラン
ドレベルリードと無機フィルム層２２、２６とを接続す
る。あるいは、貫通孔４０の内部に導電性銀ペーストを
埋め込み加熱処理を行うことにより接続しても良い。グ
ランドは、信号伝送のために流れる電流のリターンパス
であるから、貫通孔４０はパッケージ外側４１だけでな
く、半導体チップ１０近傍にも貫通孔４２を設ける必要
がある。貫通孔４０をできるだけ外側に設け、貫通孔４
２をできるだけ半導体チップ１０に近傍して設けること
によりグランドのインダクダンスを減少させることがで
きる。従ってグランドのインダクダンスに起因するグラ
ンドバウンスを減少させることができ、より高速な動作
を可能にする。

【００２３】次に、図１２を参照に第１０の実施例につ
いて説明する。図は、この実施例の半導体装置の断面図
であり、半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置
を用いて製造される。第１のフィルム１８は、エポキシ
樹脂などの接着性の有機フィルム層２４とＡｌなどの防
湿性の無機フィルム層２２からなり無機フィルム層２２
がエポキシ樹脂などの厚さ約０．０１ｍｍの絶縁保護膜
３０と密着して保護されている。第２のフィルム２０
は、エポキシ樹脂などの接着性の有機フィルム層２８と
Ａｌなどの防湿性の無機フィルム層２６からなり、無機
フィルム層２６がエポキシ樹脂などの厚さ約０．０１ｍ
ｍの絶縁保護膜３２と密着して保護されている。前実施
例では、半導体チップ１０の上下の無機フィルム層２
２、２６をグランドに用いた場合を説明したが、、この
場合、電源のインダクタンスは従来のままであるので電
源のノイズは減少しない。そこで、一方の無機フィルム
層をグランドに、他方を電源とすることによって、電源
・グランド双方のノイズを減少させることが可能とな
る。まず、貫通孔４４をフィルム１８及び絶縁保護膜３
０を貫通し、グランドレベルリード１４が露出するよう
にそのエッジ付近４３に形成する。ついで貫通孔４６を
フィルム１８及び絶縁保護膜３０を貫通し、グランドレ
ベルリード１４が露出するように形成する。

【００２４】貫通孔４６は貫通孔４４より内側の半導体
チップ１０よりに形成される。無機フィルム層２２をグ
ランドレベルリード１４と接続する方法は、前実施例と
同様にスルーホールメッキや導電ペーストの埋込みを用
いる。この様に構成すれば、半導体装置が動作するとき
にフィルム１８の無機フィルム層２２はグランドレベル
リードの分岐線として用いられ、またグランドレベル電
圧のシールドとしても用いられる。ついで、貫通孔４８
をフィルム２０及び絶縁保護膜３２を貫通し、電源用リ
ード１４が露出するようにそのエッジ付近４５に形成す
る。その後、貫通孔５０を樹脂フィルム１６、フィルム
２０及び絶縁保護膜３２を貫通し、電源用リード１４が
露出するように形成する。貫通孔５０は、貫通孔４８よ
り内側の半導体チップ１０よりに形成される。無機フィ
ルム層２６を電源用リード１４と接続する方法は、前実
施例と同様にスルーホールメッキや導電ペーストの埋込
みを用いる。この様に構成すれば、半導体装置が動作す
るときにフィルム１８の無機フィルム層２２は電源用リ
ードの分岐線として用いられ、また電源電圧のシールド
としても用いられる。

【００２５】次に、図１３を参照して第１１の実施例を
説明する。図は、この実施例の半導体装置の断面図であ
り、半導体装置は、例えば、図１４に示す製造装置を用
いて製造される。第１のフィルム１８は、エポキシ樹脂
などの接着性の有機フィルム層２４とＡｌなどの防湿性
の無機フィルム層２２からなり無機フィルム層２２がエ
ポキシ樹脂などの厚さ約０．０１ｍｍの絶縁保護膜３０
と密着して保護されている。第２のフィルム２０は、エ
ポキシ樹脂などの接着性の有機フィルム層２８とＡｌな
どの防湿性の無機フィルム層２６からなり、無機フィル
ム層２６がエポキシ樹脂などの厚さ約０．０１ｍｍの絶
縁保護膜３２と密着して保護されている。まず、貫通孔
５２を有機フィルム層２４を貫通し、グランドレベルリ
ード１４が露出するようにそのエッジ付近５３に形成す
る。ついで、貫通孔５４をフィルム１８の有機フィルム
層２４を貫通し、グランドレベルリード１４が露出する
ように形成する。貫通孔５４は、貫通孔５２より内側の
半導体チップ１０よりに形成される。無機フィルム層２
２をグランドレベルリード１４と接続する方法は、前実
施例と同様にスルーホールメッキや導電ペーストの埋込
みを用いる。この様に構成すれば、半導体装置が動作す
るときにフィルム１８の無機フィルム層２２はグランド
レベルリードの分岐線として用いられ、またグランドレ
ベル電圧のシールドとしても用いられる。

【００２６】一方、フィルム２０の有機フィルム層２８
の中央部分であって、半導体チップ１０の第２の主面に
接する領域を取り除いてＡｌ箔などの無機フィルム層２
６が直接この第２の主面に密着させる。そして、貫通孔
５６を有機フィルム層２８を貫通し、電源用リード１４
が露出するようにそのエッジ付近５５に形成する。貫通
孔５６には導電材料を充填して電源用リード１４と無機
フィルム層２６とを電気的に接続する。

【００２７】また、この無機フィルム層２６は半導体チ
ップ１０の第２の主面に電気的に接続されている。この
ような構成により、この第２の主面が他のリードに接続
している電極１２に電気的に接続している場合、無機フ
ィルム層２６は、電源用リードの分岐線として用いられ
る。以上のように、この実施例では樹脂フィルム１６を
貫通する貫通孔を省略する事ができる。

【００２８】次に、図１４を参照して本発明の半導体装
置の製造方法について説明する。図は、その製造装置の
断面図を示している。真空装置６０の内部は、上部室６
２と下部室６４とに弾性膜６６によって２分されてい
る。この下部室６４の中に加熱装置６８が収納されてい
て、下部室６４は真空ポンプ（図示せず）に接続されて
いる。半導体チップ１０を真空装置６０で操作する前
に、樹脂フィルム１６に整列されているリード１４はＴ
ＡＢ法やＭＰＢ法によって半導体チップ１０に接続され
る（図１参照）。そして、第２のフィルム２０が半導体
チップ１０の第２の主面、リード１４および樹脂フィル
ム１６とに仮接着される。この第２のフィルム２０が取
付けられた半導体チップ１０は、下部室６４内の加熱装
置６８の上に置かれ、第２のフィルム２０は加熱装置６
８に面するようにする。ついで、第１のフィルム１８を
加熱装置の上に置かれた半導体チップ１０の第１の主面
に置き、第１のフィルム１８は弾性膜６６に面するよう
にする。この状態で真空ポンプを動作させて真空装置６
０の下部室６４を大気圧より減圧状態にする。

【００２９】下部室６４が排気されるにしたがって弾性
膜６６は下部室６４に図の点線に示すように張り出し、
これによって、第１のフィルム１８は、半導体チップ１
０に押付けられる。この間加熱装置６８は、１００〜２
５０℃程度の温度範囲で動作している。このプロセスに
よって第１のフィルム１８と第２のフィルムは、互いに
熱融着して半導体チップ１０などを密封する。密封する
時間は、大体数１０秒程度である。

【００３０】図１６を参照して上記製造装置をＴＡＢ方
式に適用した例を説明する。図はＴＡＢ方式によるフィ
ルムキャリアの平面図を示す。フィルムキャリア１の基
材は中心部にチップ搭載用開口部１７、側部に送り孔２
および周辺開口部１７の周辺の台形開口部４を有するポ
リイミドフィルムなどの樹脂フィルム１６からなり、樹
脂フィルム１６にはチップ搭載用開口部１７に先端が突
出した複数のリード１４が形成されている。この先端を
半導体チップ１０の電極にボンディングしてフィルムキ
ャリア１を形成する。これにその裏から第２のフィルム
２０を取付けて図１４の装置を使って図１６に示すよう
に第１のフィルム１８を取付ける。その後このフィルム
キャリア１の不要部分を切り捨てて図１に示すような半
導体装置を形成する。図１の半導体装置をプリント板に
実装するには、その前にリード１４の他端を加工してか
ら取付ける。このような構成では、半導体チップ周囲に
無駄な空間は一切なく、フィルム層が半導体チップ及び
リードに密着しているので半導体装置全体の厚さを極め
て薄く形成することができる。

【００３１】本発明においては、半導体チップの厚さが
２５０μｍ程度、ＴＡＢフィルムの厚さがリード厚を含
めて約１００μｍの厚さで、全体の厚さが４５０μｍ程
度の半導体装置を形成することができた。従来のＴＳＯ
Ｐではかなり薄くしても１ｍｍ程度の厚さであるから、
半導体装置の厚さを半減することができた。このサンド
イッチ構造をした半導体装置では、フィルム層の透過に
よる水分の侵入は防ぐことができるが、接着性の有機フ
ィルム層とリードとの融着部からの侵入に注意する必要
がある。信頼性評価試験の結果、エキポシ樹脂による有
機フィルム層の融着では、従来のＴＳＯＰなどのモール
ド樹脂封止パッケージとほぼ同じ防湿性を実現できた。
また、無機フィルム層を金属薄膜によって形成した場
合、半導体チップを上下から金属層で包むことになり、
半導体チップ及びリードとの接続部のほんのわずかな空
間を残すのみで、他の部分はフィルム層に密着し、熱放
散性が著しく向上する。実効熱抵抗が従来のＴＳＯＰの
場合５０℃／Ｗであるのに対し、本発明を用いて、無機
フィルム層としてＡｌ薄膜を用いた厚さ４５０μｍの半
導体装置においては２８℃／Ｗにまで減少した。これ
は、パッケージの厚さが非常に薄いことに加えて金属薄
膜の熱伝導によるものである。

【００３２】さらに、無機フィルム層の金属薄膜をアー
スすることにより、半導体チップがシールドされ、外部
からの雑音の侵入、内部からの雑音の放出を防ぎ、クロ
ストークノイズなどからの対雑音性能が著しく向上す
る。図１７に本発明の半導体装置（図４の例）の特性を
示す。半導体装置に三角波を通したときに、後引きノイ
ズがどの様に減衰するか説明した特性図であり、縦軸に
半導体装置に印加する電圧（Ｖ）、横軸は、減衰時間
（ｎｓ）である。図示のようなに三角波を半導体装置に
通したときに、図１７に示す従来の半導体装置の場合
（曲線２１）は、後引きノイズが２８ｎｓ程度まで減衰
しないが、本発明の半導体装置の場合（曲線２２）では
１４ｎｓ程度で十分に減衰し、シールドによる効果が十
分あることが分かる。また、本発明のような薄フィルム
によるサンドイッチ構造は柔構造であり、外力によるわ
ずかな歪みに対して柔軟に対応できるのでＩＣカードの
ような歪みを受け易い製品に実装する場合にも信頼性を
確保することが可能である。

【００３３】以上の実施例ではパッケージを構成するフ
ィルムの材料にポリイミドやエポキシ樹脂を用いている
が、本発明はこの材料に限定されるものではない。一般
的には熱可塑性樹脂もしくは熱可塑性樹脂に熱硬化性樹
脂を混合した樹脂を用いる。前実施例で用いた前記エポ
キシ樹脂は、熱可塑性エポキシ樹脂に熱硬化性エポキシ
樹脂を混合している。この様に熱硬化性樹脂を用いるの
は、パッケージを構成するフィルムの強度を向上させる
ためであり、熱硬化性樹脂の含有量によってその強度を
適宜調整することができる。本発明に用いられる上記以
外の材料としては、ポリエステル、ポリカーボネート、
ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリ弗化
ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリアセタール、ポリ弗
化エチレン、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレン
テレフタレート、塩化ビニール、ポリフェニリノキサイ
ド、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチル
アクリレ−ト共重合体、アイオノマ−樹脂などがある。
図３のようにフィルムが無機フィルム層を有している場
合には、例えば、Ａｌなどの金属箔に加熱溶融した樹脂
材料を塗布し、延伸または圧延ローラで一体にラミネー
トする。金属箔を用いない場合は、フィルムの有機フィ
ルム層に金属を蒸着や溶射などによって金属層を形成す
る。アルミナなどのセラミックを無機フィルム層に用い
る場合は、材料をフィルムに溶射するか、塗布しその後
過熱処理する。

【００３４】無機フィルム層は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃ
ｕ、Ｆｅ及びそれらの合金などの金属やＡｌ₂Ｏ₃、Ａ
ｌＮ、ＢｅＯ、ＳｉＯ₂などのセラミックの薄膜を用い
ることができる。以上で熱融着でフィルムの端部を密着
させたが、この他、密着させる部分またはフィルム内側
となる片面に２０〜４０μｍ程度の厚さでエポキシ樹脂
などの接着剤を塗布して接着しても良い。また、リード
３を挟む絶縁フィルム端部を広くとることにより、フィ
ルムの接着部からの水分の侵入経路を長くし、防湿性を
向上させることが可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置で
は、半導体チップ及びこれに付随するリード等がパッケ
ージとして用いられる大気圧より減圧状態にある絶縁フ
ィルムに密着し、その中にサンドイッチ構造で密閉され
ているので、そのパッケージ内に無駄な空間を生じるこ
と無く極めて薄い半導体装置を得ることができる。さら
に空間が小さくなることにより半導体装置をプリント板
などの回路基板に実装する時に生ずる熱により空間中の
空気が膨脹しても、空間中には膨脹による応力によって
パッケージである絶縁フィルムが破壊されるほどの十分
な量の空気を含んでいない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の半導体装置の断面図
（図２のＡ−Ａ′部）。

【図２】第１の実施例の半導体装置の平面図。

【図３】第２の実施例の半導体装置の断面図。

【図４】第３の実施例の半導体装置の断面図。

【図５】第４の実施例の半導体装置の断面図（図６のＢ
−Ｂ′部）。

【図６】第４の実施例の半導体装置の平面図。

【図７】第５の実施例の半導体装置の断面図。

【図８】第６の実施例の半導体装置の断面図。

【図９】第７の実施例の半導体装置の断面図。

【図１０】第８の実施例の半導体装置の断面図。

【図１１】第９の実施例の半導体装置の断面図。

【図１２】第１０の実施例の半導体装置の断面図。

【図１３】第１１の実施例の半導体装置の断面図。

【図１４】本発明に用いる半導体装置の製造装置。

【図１５】本発明及び従来のＴＡＢ方式のフィルムキャ
リアの平面図。

【図１６】本発明によるＴＡＢ方式のフィルムキャリア
の平面図。

【図１７】半導体装置に印加した三角波の減衰特性図。

【図１８】従来の半導体装置の断面図（図１５のＣ−
Ｃ′部）。

【符号の説明】

１ＴＡＢ方式のフィルムキャリア２フィルムキャリアの送り孔４フィルムキャリアの台形開口部５リード先端のアウターリード部６モールド樹脂１０半導体チップ１２電極１４リード１６樹脂フィルム１７チップ搭載開口部１８第１のフィルム２０第２のフィルム２２第１のフィルムの無機フィルム層２４第１のフィルムの有機フィルム層２６第２のフィルムの無機フィルム層２８第２のフィルムの有機フィルム層３０、３２絶縁保護膜３４内部リード３８スリット４０、４２、４４、４６、４８、５２、５４、５５
貫通孔４１、４３、４５、５３、５５フィルム端部６０真空装置６２上部室６４下部室６６弾性膜６８加熱装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/56 H01L 23/02 - 23/08 H01L 23/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一端が第１の主面及び第２の主面を有す
る半導体基板の第１の主面上に形成された電極上まで延
びているリードをこの電極に接続し、このリードの他端
を前記半導体基板の外方に導出させる工程と、前記半導
体基板の第２の主面および前記リードの一部に第２のフ
ィルムを密着させる工程と、前記半導体基板の第１の主
面に第１のフィルムを載せる工程と、前記半導体基板
を、弾性膜によって上部室と下部室とに仕切られている
真空装置内の前記下部室内に置かれた加熱装置に前記第
２のフィルムが前記加熱装置に接するように配置する工
程と、前記加熱装置を動作させている間、前記下部室内
を排気することによってこの下部室を大気圧より減圧状
態にして前記弾性膜を下方に押し下げ、この弾性膜の作
用によって前記第１のフィルムを前記半導体基板の第１
の主面に密着させる工程とを備えていることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
【請求項２】第１の主面及び第２の主面を有する第１
の半導体基板と、第１の主面及び第２の主面を有する第
２の半導体基板と、前記第１の半導体基板の第１の主面
上に形成されている複数の電極と、前記第２の半導体基
板の第１の主面上に形成されている複数の電極と、一端
が前記第１の半導体基板の第１の主面に形成された前記
複数の電極の内の所定の電極上まで延びてこの所定の電
極と接続し、他端が前記第１の半導体基板の外方に導出
している第１のリードと、一端が前記第２の半導体基板
の第１の主面に形成された前記複数の電極の内の所定の
電極上まで延びてこの所定の電極と接続し、他端が前記
第２の半導体基板の外方に導出している第２のリード
と、一端が前記第１の半導体基板の第１の主面に形成さ
れた前記複数の電極の内の所定の電極以外の電極と接続
し、他端が前記第２の半導体基板の第１の主面に形成さ
れた前記複数の電極の内の所定の電極以外の電極と接続
する内部リードと、前記第１の半導体基板の第１の主面
及び前記第２の半導体基板の第１の主面に密着している
第１のフィルムと、前記第１の半導体基板の第２の主面
及び前記第２の半導体基板の第２の主面に密着している
第２のフィルムとを備え、前記第１のフィルム及び第２
のフィルムは、前記第１のリード及び第２のリードの前
記他端以外及び前記第１の半導体基板及び第２の半導体
基板を上下から挟んでこれら半導体基板を密封してなる
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】第１の主面及び第２の主面を有する第１
の半導体基板と、第３の主面及び第４の主面を有する第
２の半導体基板と、前記第１の半導体基板の第１の主面
上に形成された第１及び第２の電極と、前記第２の半導
体基板の第３の主面上に形成された第３及び第４の電極
と、一端が前記第１の電極と接触している第１のリード
と、一端が前記第４の電極と接触している第２のリード
と、一端が前記第２の電極と接触し、他端が前記第３の
電極と接触している第３のリードと、前記第１の半導体
基板の第１の主面及び前記第２の半導体基板の第３の主
面に密着している第１のフィルムと、前記第１の半導体
基板の第２の主面及び前記第２の半導体基板の第４の主
面に密着している第２のフィルムとを備え、前記第１の
フィルム及び第２のフィルムは、前記第１及び第２のリ
ードの他端以外及び前記第１及び第２の半導体基板を上
下から挟んでこれらの半導体基板を密着してなることを
特徴とする半導体装置。